EL Legado de Galváni y Volta a la Ciencia Moderna

Profesor José Aguilar Perís

1. Introducción

Desde los tiempos de TALES de MILETO (aprox. 600 años a. c.) se sabía que cuando el ámbar mineral (resina vegetal fosilizada) se frotaba con lana o piel, atraía pequeños fragmentos de corcho, plumas, pajas, etc. ARISTÓTELES (siglo IV a. c.) escribió sobre la habilidad del pez torpedo, capaz de producir descargas que paralizaban a sus presas. Los marinos italianos del siglo III a. C. conocían el fuego de San Telmo, fluorescencia que aparecía en lo alto de los mástiles durante las tormentas.

En 1600, William GILBERT, médico de la reina Isabel I de Inglaterra acuñó la palabra electricidad, derivada de elektron que significa ámbar en griego y demostró que otras muchas sustancias mostraban efectos eléctricos por frotamiento. En 1750, el científico norteamericano Benjamín FRANKLIN descubre la naturaleza eléctrica de las tormentas e inventa el pararrayos.

Sin embargo, la verdadera naturaleza de la electricidad comenzó a desarrollarse con las experiencias de los físicos italianos L. GALVANI (1737­1798) y A. VOLTA (1745-1827) hace apenas 200 años. Con motivo del segundo centenario de la muerte de  Galvani y del descubrimiento por Volta de su famosa pila eléctrica (1800), la Embajada Italiana en España, el Instituto Italiano de Cultura y la Universidad San Pablo-CEU de Madrid organizaron un Seminario sobre ambos científicos y las aplicaciones prácticas de sus descubrimientos. A continuación exponemos una síntesis de nuestra conferencia en dicho Seminario.

 Luigi Galvani (1737-1798)

    Médico y físico, Galvani impartió anatomía en la Universidad de Bolonia (Italia) y se especializó en electrofisiología, mostrando un interés constante por la teoría de un fluido nervioso de naturaleza eléctrica en los animales. Sin más medios que un generador electrostático y una botella de Leyden, comenzó en la década 1780-1790 el estudio de la estimulación muscular mediante descargas eléctricas sobre ranas disecadas.

En 1791 publicó en un artículo titulado De viribus elettricitatis in motu musculari commentarius [1], sus teorías sobre la electricidad animal, basadas en experiencias como las siguientes:

(1) Había disecado una rana y la depositó en las proximidades de un generador electrostático. Un ayudante de Galvani tocó por azar el nervio crural de la rana con la punta de un bisturí y se sorprendió al ver que las ancas se contraían bruscamente. Otro ayudante que manipulaba el generador afirmó que el espasmo había coincidido con el salto de una chispa en el aparato (fig. 1). Galvani interpretó el fenómeno como debido a un estímulo externo provocado por la chispa que a través del bisturí incidía en el nervio de la rana y se descargaba sobre el músculo.  

Figura 1. Grabado de la obra: "De viribus... de Galvani". Una rana "preparada en la forma usual", sometida al contacto de un bisturí, mientras salta una chispa [1].

(2) A continuación quiso comprobar si la electricidad natural, por ejemplo, un relámpago, producía el mismo

   Figura 2. Detector de descarga atmosférica para comprobar el efecto de la electricidad natural sobre las ranas disecadas [1].

 fenómeno. Un día de tormenta conectó los nervios crurales de la rana disecada con el hilo conductor de un pararrayos y ató un alambre a las patas de la rana y el otro extremo lo introdujo en el agua de un pozo. Cada vez que un rayo rasgaba el cielo, los músculos de la rana se encogían y las ancas se retorcían (fig. 2). Según Galvani, el relámpago sustituía a la chispa del generador y a través del pararrayos atravesaba el cuerpo de la rana, estimu­lando el fluido eléctrico intrínseco del animal y provocando el movimiento de las ancas.

(3) En otra ocasión, Galvani había sacrificado y disecado una docena de ranas. La médula espinal de cada una de ellas fue atravesada por un gancho de bronce y para secarlas, se colgaron de una barandilla de hierro en el jardín de su casa. Un día sin nubes, Galvani observó que las ancas de aquellas ranas se movían con torsiones y espasmos una y otra vez y saltaban chispas. Un ligero viento era suficiente para que los ganchos tocasen la barra de hierro, en cuyo instante se producía el espasmo y saltaba una chispa (fig. 3). Galvani creyó que por fín había encontrado la prueba de que los nervios y los músculos de las ranas contenían un fluido sutil que recordaba al de una descarga electrostática. Según él, este fluido tenía su origen en la electricidad atmosférica que se acumulaba lenta­mente en el interior del animal y se descargaba súbitamente como si se tratara de una botella de Leyden cuando el gancho de bronce y la barandilla de hierro cerraban el circuito a través de las ranas.  

Figura 3. Experimento de Galvani con una rana disecada sobre una barandilla de hieITO [1].  

(4) Fue entonces cuando Galvani construyó con dos metales soldados unos arcos metálicos que simplificaban sus experiencias (fig. 4). Los espasmos se verificaban cada vez que los nervios y los músculos de las ancas se conectaban a los extremos del arco, prescindiendo, por tanto, del generador electrostático, de los pararrayos y de las barandillas de hierro u otros artilugios. La propia rana se comportaba como la combinación de un generador de electricidad (o una botella de Leyden) y un electroscopio de alta sensibilidad.

En su publicación Galvani insistía en que el cerebro era el órgano más importante para la secreción del "fluido eléctrico"; los nervios conducían la electricidad a los músculos y estos se encogían y provocaban los espasmos cuando el circuito se cerraba con el arco bimetálico que actuaba simplemente como conductor del fluido, que él llamaba "electricidad animal intrínseca" o galvanismo.  

Figura 4. Arco bimetálico utilizado por Galvani [1]  

Sin embargo, a finales del siglo XVIII, la débil intensidad del galvanismo, comparada con las potentes descargas electrostáticas de los generadores y botellas de Leyden, provocaron entre los científicos una pérdida de interés por este fenómeno, que resurgió con los comentarios y descubrimientos de Volta.

Los últimos años de Galvani fueron desafortunados. La ciudad de Bolonia, vinculada desde hacía mucho tiempo a los Estados Vaticanos, por causa de la invasión napoleónica (1790) pertenecía ahora a la nueva República Cisalpina. Galvani, por coherencia con su fe católica, rehusó prestar juramento de fidelidad al nuevo orden y fue destituido de su cátedra, yéndose a vivir con su hermano en la casa solariega de sus antepasados, donde había nacido. Poco después, los políticos que le habían destituido, se retractaron de su acción y pidieron a Galvani que regresara a la Universidad como profesor emérito y sin el requisito del juramento. Su situa­ción familiar (su esposa había fallecido en 1790 y no habían tenido hijos) y la incomprensión de muchos de sus cole­gas ante el galvanismo, le llevaron a rehusar la nueva oferta. Murió de un infarto a los 61 años en diciembre de 1798 en el umbral de la revolución eléctrica.  

No obstante, el nombre de Galvani ha pasado a la posteridad a través de la nomenclatura eléctrica en conceptos como corriente galvánica, galvanómetro, galvanoplastia, galvanostegía, galvanoterapia, hierro galvanizado, etc. El verbo galvanizar se utiliza como sinónimo de provocar súbitamente asombro o entusiasmo ante un espectáculo brillante. El Prof. Galletti, coetáneo de Galvani, solía decir a sus alumnos en tono de humor: "El primero que ante una rana disecada que pataleaba quedó "galvanizado", fue con toda razón, un hombre llamado Galvani".  

3. Alessandro Volta (1745-1827)

  La publicación de las experiencias de Galvani dieron lugar a una animada polémica entre los que creían que los movimientos de las ranas eran debidos a un "fluido galvánico", de origen animal, igual o distinto a la electricidad ordinaria (estática) y los que rechazaban todo tipo de fluido eléctrico contenido en el sistema nervioso., El principal defensor de este rechazo era Alessandro VOLTA, físico italiano, profesor de filosofía natural de la Universidad de Pavía y buen amigo de Galvani.

Figura 5. Analogía entre la botella de Leyden y el anca de una rana según Galvani [2].

Volta, después de repetir los experimentos de Galvani, buscó una explicación más lógica. Admitiendo que su propia lengua era muy sensible, experimentó con ella. Colocó un trozo de papel de estaño arriba de la lengua y una moneda de plata debajo de la misma y los puso en contacto mediante un hilo conductor de cobre. Volta sólo experimentó un flujo de sabor amargo que persistía mientras los dos metales estaban en contacto, estimulando sus nervios sensitivos. Este simple experimento le bastó a Volta para pensar que los dos metales no actuaban sólo como conductores. Eran algo más: "los generadores de la electricidad".

        Según Galvani, la fibra muscular de la rana se comporta como una pequeñísima botella de Leyden con carga eléctrica positiva (fig. 5a) en el interior y negativa en el exterior. El nervio de la rana equivale al electrodo externo de la 

Figura 8. Batería de Volta formada por tres células en serie (a, cobre; b, zinc)

Figura 6. Confrontación de las teorías de Galvaui y Volta [2]

  botella (+) y el músculo del anca almacena externamente la carga negativa (fig. 5b). Por tanto, nervio y músculo están eléctricamente desequilibrados. El contacto de ambos con el bimetal equilibra el fluido eléctrico provocando la contracción (fig. 6a). El arco es sólo un conductor pasivo. Para Volta, el arco bimetálico, debido al efecto de contacto de los dos metales, posee la función activa de un generador eléctrico. El contacto simultáneo de los extremos del arco con el nervio y músculo de  la rana mueve el fluido eléctrico y la corriente engendrada causa la contrac­ción del anca (fig. 6b).

Estas ideas condujeron a Volta al descubrimiento de la corriente eléctrica. Para ello construyó su famosa pila, formada por una columna vertical de pequeños discos de plata y cinc y pasta de cartón empapada en agua salina que se superponían en este orden hasta unas 20 veces. Cuando el disco más alto de plata y el más bajo de cinc de esta "pila" se unían con un cable fino, por éste circulaba una corriente eléctrica y se calentaba rápidamente. La corriente cesaba sólo al interrumpir el circuito y era tanto más intensa cuanto mayor era el número de pares metálicos superpuestos.

El paso siguiente fue separar los metales y situados en una serie de vasijas que contenían una solución ácida. Como puede verse en la figura 8, los metales a y b se conectaban alternativamente con alambres conductores. Esta fue la primera batería eléctrica de Volta, precursora de la actual batería de los automóviles que consta de seis células de plomo óxido de plomo y ácido sulfúrico diluido, conectadas en serie.

El descubrimiento de la pila como primer generador de una corriente eléctrica continua fue comunicado y descrito detalladamente por Volta en una carta fechada en Como (Italia) el 20 de marzo de 1800 y dirigida al Presidente de la Royal Society of London , que fue leída públicamente en una Sesión de la Sociedad y publicada en sus Anales [4].

Al conocer el descubrimiento de la corriente continua, dos científicos ingleses, W. NICHOLSON y A. CARLISLE, construyeron la primera pila de Volta en Inglaterra con monedas de plata y discos de cinc. Conectaron sus extremos con sendos conductores de platino e introdujeron estos por separado en un vaso de agua acidulada. Observaron que en estos conductores se desprendían burbujas que resultaron ser de hidrógeno y oxígeno respectivamente, en la proporción 2: 1 en volumen. Era la primera descomposición electrolítica del agua realizada el 2 de mayo de 1800, seis semanas después de la carta de Volta a la Royal Society [5] y [6]. Había nacido la electroquímica como pieza fundamental de la investigación química. En pocos años, gracias a la electrólisis se descubrieron un gran número de elementos nuevos.

Figura 9. Volta presenta a Napoleón su pila y otros experimentos eléctricos.

  En 1801 Volta presentó su pila en el Instituto de Francia de París (fig. 9) en presencia del entonces Primer Cónsul, Napoleón Bonaparte, quien le concedió la Medalla de Oro de dicho Instituto. Posteriormente, siendo ya Emperador, nombró a Volta Senador y Conde del nuevo Reino de Italia. A pesar de ello, Volta no perdió su humildad, como muestra una carta escrita en París: "... En medio de tantas cosas que podrían envanecerme, quiero deciros que prefiero la tranquilidad de la vida familiar a la vida agitada de una gloria presuntuosa.. ." [7].

En 1881 una comisión internacional de científicos, en honor a Volta, dio el nombre de voltio a la unidad de fuerza electromotriz. Otras palabras como voltaje, voltímetro, voltámetro, electrón-voltio, pila (o batería) voltaica, etc., nos recuerdan constantemente la gran labor de Volta realizada en el campo de la electricidad.

4. Conclusiones

  Hoy sabemos que tanto Volta como Galvani tenían parte de razón y parte de error en sus razonamientos. Volta negó correctamente la existencia de "electricidad animal" en las ranas disecadas de Galvani. Pero se equivocó al admitir que la corriente eléctrica procedía del contacto simple de los dos metales, pues realmente el flujo de electrones que constituye la corriente es debido a las reacciones químicas de tipo redox que tienen lugar entre estos metales y la solución salina (orgánica o inorgánica) que les rodea. Tampoco era cierta su afirmación de que todo efecto electro fisiológico exige dos metales distintos como fuente de corriente. Hoy es bien sabido que en la mayor parte de las células animales se crean diferencias de potencial a causa de las diferentes concentraciones iónicas que existen a ambos lados de sus membranas. Galvani estaba convencido de que el cerebro, los nervios y los músculos de los animales funcionan mediante la acción de fuerzas eléctricas, pero no supo -¡hace ya más de 200 años! interpretar correctamente sus experiencias. Los electrocardiogramas y electroencefalogramas están basados en estas fuerzas eléctricas de origen biológico.

Frutos inmediatos de la pila de Volta y la corriente eléctrica fueron, además de la electroquímica, ya citada, los efectos térmicos de la corriente, la inducción electromagnética, las dinamos y motores eléctricos, y posteriormente las ondas electromagnéticas, las comunicaciones inalámbricas y las apli­caciones modernas de la electricidad y la electrónica. Por otra parte, a Galvani debemos sin duda, toda su labor experimental, que interpretada por Volta, llevó a éste al descubrimiento de la pila; su teoría sobre la electricidad animal constituyó la base y fundamento de la moderna electrofisiología y la más reciente biología molecular.  

5. Bibliografia

  [1] L. GALVANI, De viribus elettricitatis in motu musculari commentarius (Comentario sobre los efectos de la electricidad en el movimiento muscular). Commentarii Bononiensi, VII (1791), pág. 363.

[2] INSTITUTO ITALIANO DE CULTURA, Folleto de la exposición itinerante sobre los bicentenarios de Galvani y Volta (200).

[3] SCHWARTZ and BISHOP, P. Eds. The development of Modern Science, Vol II, pág. 851. Basic Books, Inc. N. Y., 1959.

[4] VOLTA, A. On the electricity excited by the mere contact of conducting substan­ces of different kinds. Phil. Trans, 1, pág. 403 (1800)

[5] UNIVERSIT Á DEGLI STUDI DI PA VIA, Duocento anni dalla pila di Valla. Pavia, 2000.

[6] NICHOLSON, W. and CARLISLE, A.       Phil. Mag. VII, (1800), pág. 337.

[7] BONERA, G. Il dibattito tra Volta e  Galvani e l'invenzione della pila. Universitá di Pavia. Dipartimento "Volta" (2000) 

[8] WHITTAKER, E. A history of the thearíes of eter and electricity. Vol. I. AIP (1987), pág. 67.

  Este artículo fué publicado en la Revista Española de Física Vol 15, nº 3, 2001